Los científicos desarrollan una lente en forma de espiral para una visión clara a través de distancias y condiciones de iluminación

Los científicos han creado una lente en forma de espiral capaz de mantener un enfoque nítido a diferentes distancias y en diferentes condiciones de iluminación. Esta lente innovadora funciona de manera similar a las lentes progresivas diseñadas para corregir la visión, pero elimina las distorsiones comunes asociadas con estas lentes. Este avance podría mejorar enormemente las tecnologías de lentes de contacto, implantes oculares para el tratamiento de cataratas y sistemas de imágenes integrados.

«A diferencia de las lentes multifocales existentes, nuestras lentes funcionan bien en una amplia gama de condiciones de iluminación y mantienen la multifocalidad independientemente del tamaño de la pupila», dijo Bertrand Simon del Laboratorio de Fotónica, Numérica y Nanociencia (LP2N), una unidad de investigación conjunta del instituto. . Escuela de Graduados d'Optique de la Universidad de Burdeos y el Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia. «Para los usuarios potenciales de implantes o las personas con hipermetropía relacionada con la edad, podría proporcionar una visión clara y constante, revolucionando potencialmente la oftalmología».

La nueva lente podría usarse en lentes de contacto (en la imagen), en implantes de cataratas intraoculares y para crear nuevos tipos de sistemas de imágenes miniaturizados. Crédito: Laurent Gallinier

en opticaEn , una revista de investigación de alto impacto del Optica Publishing Group, los investigadores describen la nueva lente, a la que llaman dioptría helicoidal. Sus características de montaje están dispuestas de manera que crean muchos puntos de enfoque separados, como si tuvieras varias lentes en una. Esto hace posible ver claramente a diferentes distancias.

«Además de las aplicaciones oftálmicas, el diseño simple de esta lente podría beneficiar enormemente a los sistemas de imágenes compactos», dijo Simon. «Esto simplificará el diseño y la función de estos sistemas al tiempo que proporcionará una manera de lograr imágenes a varias profundidades sin elementos ópticos adicionales. Estas capacidades, combinadas con las propiedades de una lente multifocal, proporcionan una poderosa herramienta para la percepción de profundidad en aplicaciones de imágenes avanzadas. «

Crea un vórtice de luz

La inspiración para el diseño de la lente toroidal surgió cuando el primer autor del artículo, Laurent Gallinier de SPIRAL SAS en Francia, estaba analizando las propiedades ópticas de anomalías corneales graves en pacientes. Esto lo llevó a imaginar una lente con un diseño en espiral único que hacía que la luz girara, como agua corriendo por un desagüe. Este fenómeno, conocido como vórtice óptico, crea múltiples puntos de enfoque nítidos, lo que permite que la lente proporcione un enfoque nítido a diferentes distancias.

«La creación de un vórtice óptico normalmente requiere múltiples componentes ópticos», dijo Galliner. «Sin embargo, nuestra lente incluye los elementos necesarios para crear un vórtice óptico directamente en su superficie. La creación de vórtices ópticos es un área de investigación próspera, pero nuestro método simplifica el proceso, lo que representa un avance importante en óptica».

La lente helicoidal (abajo) amplía el área de nitidez más allá de lo que es posible con una lente clásica (arriba). Crédito: Laurent Gallinier

Los investigadores crearon la lente utilizando maquinaria digital avanzada para formar el diseño en espiral único con alta precisión. Luego validaron la lente usándola para representar una «E» digital, muy parecida a la que se usa en el tablero de iluminación de un oftalmólogo. Los autores observaron que la calidad de la imagen seguía siendo satisfactoria independientemente del tamaño de apertura utilizado. También descubrieron que los vórtices ópticos se pueden modificar ajustando la carga topológica, que es esencialmente el número de espines alrededor del eje óptico. Los voluntarios que utilizaron las lentes también informaron mejoras significativas en la agudeza visual en una variedad de distancias y condiciones de iluminación.

Cruzando disciplinas

Realizar la nueva lente requiere combinar un diseño simple con técnicas de fabricación avanzadas a través de una colaboración multidisciplinaria. «Ideada por primera vez por un inventor intuitivo, la lente de dioptrías helicoidales ha sido científicamente probada a través de extensas colaboraciones de investigación con científicos ópticos», dijo Simon. «El resultado fue un enfoque innovador para la creación de lentes avanzados».

Los investigadores ahora están trabajando para comprender mejor los vórtices ópticos únicos producidos por sus lentes. También planean realizar pruebas sistemáticas sobre la capacidad de la lente para corregir la visión de las personas para determinar de manera integral su rendimiento y ventajas en condiciones del mundo real. Además, están explorando la posibilidad de aplicar este concepto a anteojos recetados, que podrían proporcionar a los usuarios una visión clara a múltiples distancias.

«Esta nueva lente puede mejorar significativamente la profundidad de visión de las personas en condiciones de iluminación variables», dijo Simon. «Los futuros avances en esta tecnología también pueden conducir a avances en tecnologías de imágenes integradas, dispositivos portátiles y sistemas de detección remota para drones o vehículos autónomos, lo que podría hacerlos más confiables y eficientes».

Referencia: “Dioptrías helicoidales: lentes de forma libre con comportamiento multifocal mejorado” por Philippe Renaud-Goude, Bertrand Simon, Jean Augereau, Jean Brosseau, Laurent Gallinier y Lucien Kerjadalan, 19 de febrero de 2024, optica.
doi: 10.1364/OPTICA.507066